磁路與變壓器

磁路與變壓器第1頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月10磁路與變壓器本章介紹的基本物理量、基本定律以及磁性材料的磁性能。在此基礎(chǔ)上重點討論鐵心線圈電路和變壓器。10.1磁路電動機、繼電器、電磁鐵及變壓器等電器都是基于電磁耦合的原理工作的，我們已經(jīng)學(xué)過了電路，現(xiàn)在再來研究磁路。一、磁場的基本物理量1.磁通φ2.磁感應(yīng)強度B3.磁場強度H4.導(dǎo)磁系數(shù)μ10-1第2頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月一、磁場的基本物理量垂直穿過某一面積S的磁力線的總根數(shù)。韋伯wb穿過單位面積的磁力線根數(shù)。特斯拉T

wb/m2磁場中某點的B與該點的磁導(dǎo)率μ的比值。1.磁通φ2.磁感應(yīng)強度B3.磁場強度H4.導(dǎo)磁系數(shù)μ描述導(dǎo)磁能力大小的物理量。通常使用相對導(dǎo)磁系數(shù)無量綱真空導(dǎo)磁系數(shù)10.1磁路的基本概念和定律安/米，A/m,A/cm10-1第3頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月磁動勢10.1磁路的基本概念和定律二、磁路的基本定律安培環(huán)路定律磁路歐姆定律與電路類似，磁路也有各種定律安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律沿任一閉合路徑，H的線積分等于包圍在這閉合路徑內(nèi)各電流的代數(shù)和若磁場均勻則有磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律無分支磁路平均長l線圈N匝IN磁通Φ導(dǎo)磁系數(shù)μ截面積S根據(jù)得磁路歐姆定律磁阻Rm基爾霍夫定律#第4頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、磁路的基本定律安培環(huán)路定律磁路歐姆定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律有分支磁路I1N1I2N2φ1φ2φ31.磁路的基爾霍夫磁通定律在節(jié)點A處Aφ1+φ2-φ3=02.磁路的基爾霍夫磁壓降定律任一閉合回路中均有：或磁壓降的代數(shù)和等于磁動勢的代數(shù)和第5頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月INH（I）B（φ）μμabcB鐵磁材料B-H，μ-H曲線從曲線上能明顯看出，μ不是常數(shù)導(dǎo)磁性工程上利用它來使磁通盡量地約束在有限的范圍內(nèi)，提高電磁設(shè)備的利用率，一般使用B-H曲線的ab段。磁滯B的變化滯后于H

的變化如曲線的oa段o磁飽和當(dāng)H達(dá)到一定程度，B不再隨H而增加，此為磁飽和。如曲線的cs段。s若對鐵心線圈而言，磁飽和意為當(dāng)電流I增加到一定程度，φ不再隨之增加。關(guān)于磁滯祥看請點擊三、磁性材料的磁性能第6頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月幾點說明：磁阻Rm的大小取決于磁路的尺寸和材料的磁導(dǎo)率。很大，但不是常數(shù)，因此也不是常數(shù)。所以磁路歐姆定律不能用來進行定量計算，只用做定性分析。通常磁路計算應(yīng)用磁路基爾霍夫定律。磁路和電路有相似之處，但卻有本質(zhì)的區(qū)別。祥見教材P149第7頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)直流鐵心線圈與直流電磁鐵一、直流鐵心線圈（磁路計算略）二、直流電磁鐵1.構(gòu)成鐵心鐵心線圈線圈銜鐵銜鐵2.工作原理通電的鐵心線圈對銜鐵會產(chǎn)生吸力請看通電演示3.吸力磁動勢主要降在空氣隙上磁動勢電磁鐵應(yīng)用？第8頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電磁鐵的特點勵磁電流是由勵磁線圈的外加電壓U和線圈電阻R決定的2.無磁滯和渦流損耗，鐵心可以使用整塊的鑄鋼、軟鐵。電流是恒定的，無感應(yīng)電動勢產(chǎn)生。3.吸合后電磁力比吸合前大得多，但勵磁電流不變。（因磁動勢NI不變，磁阻Rm↓→B↑，所以吸力F↑）電流恒定，無感應(yīng)電動勢產(chǎn)生。無磁滯和渦流損耗，可使用整塊鐵心3.吸合后，勵磁電流不變，F(xiàn)↑↑第9頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月交流鐵心線圈與交流電磁鐵一、交流鐵心線圈的損耗P=△PCU+△Ph+△Pe總損耗銅損渦流損耗鐵損磁滯損耗銅損△PCU線圈電阻上的損耗△PCU=I2R磁滯損耗其大小與鐵心材料反復(fù)磁化后的磁滯回線面積成正比渦流損耗交變磁通穿過鐵心時，鐵心既導(dǎo)磁又導(dǎo)電，因鐵心在交變磁通作用下產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而在垂直于磁通方向的鐵心平面內(nèi)產(chǎn)生旋渦狀的感應(yīng)電流，叫渦流。渦流在鐵心內(nèi)電阻上產(chǎn)生的損耗稱渦流損耗。減小渦流損耗的辦法增大渦流通路的電阻即用薄的材料疊成鐵心減小磁滯損耗的辦法鐵心盡量采用軟磁材料第10頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、電壓平衡方程式iNφφL交流鐵心線圈大部分經(jīng)鐵心閉合線圈中磁通產(chǎn)生ee主磁通少部分經(jīng)空氣閉合產(chǎn)生eL漏磁通eLu線圈電阻上壓降為iR根據(jù)KVL得：或電壓平衡方程式#第11頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、電壓平衡方程式有效值忽略了漏磁感應(yīng)電動勢和線圈內(nèi)阻壓降后，方程變?yōu)椋夯蛑匾Y(jié)論外加電壓不變時，交流鐵心線圈的鐵心內(nèi)主磁通最大值幾乎是不變的。這是分析變壓器和交流電動機時的重要概念。注意第12頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月三、交流電磁鐵鐵心線圈銜鐵交流電磁鐵也是一種電磁器件，結(jié)構(gòu)形式與直流電磁鐵類似。在工業(yè)部門應(yīng)用極為廣泛。如冶金工業(yè)中用于提放鋼材的電磁吊車；夾持工件的電磁工作臺；傳遞動力的電磁離合器；液壓傳動中的電磁閥；交流接觸器及接觸器等。鐵心中的磁通是交變的，空氣隙處的磁感應(yīng)強度為：吸力平均值第13頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月三、交流電磁鐵瞬時值有效值顯然f是交變的，存在過零值。會出現(xiàn)吸合不牢的現(xiàn)象。通常在尾端留一切口，套上銅環(huán)（或稱磁環(huán)），銅環(huán)產(chǎn)生的感應(yīng)電流阻礙φ的變化，致使穿過銅環(huán)的φ與其它φ存在一相位差，結(jié)果產(chǎn)生兩個相位不同的電磁吸力，平均后，不再有過零點。見教材P156交流電磁鐵特點1.吸力是交變的，鐵心需加分磁環(huán)。2.勵磁電流吸合前大，吸合后減小。前后吸力不變3.鐵心和銜鐵均由硅鋼片疊成，為減小鐵損。第14頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月交、直流電磁鐵的特點電流恒定，無感應(yīng)電動勢產(chǎn)生。無磁滯和渦流損耗，可使用整塊鐵心3.吸合后，勵磁電流不變，F(xiàn)↑↑交流電磁鐵特點1.吸力是交變的，鐵心需加分磁環(huán)。2.勵磁電流吸合前大，吸合后減小。前后吸力不變3.鐵心和銜鐵均由硅鋼片疊成，為減小鐵損。直流電磁鐵特點第15頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月一、變壓器的用途、構(gòu)造和分類變壓器是基于電磁感應(yīng)原理而制成的靜止的電器設(shè)備用途變電壓，變電流，變阻抗構(gòu)造心式和殼式兩種心式變壓器殼式變壓器分類單相，三相，多相；升壓，降壓；儀用電壓、電流互感器；焊接變壓器，自藕變壓器。有兩個繞組也有兩個繞組10.2變壓器第16頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、變壓器的工作原理原邊繞組N1名詞介紹幅邊繞組N2一次繞組N1二次繞組N2一次側(cè)二次側(cè)均指電源側(cè)均指負(fù)載側(cè)什么是變壓器任載運行？什么是變壓器空載運行？u~u~Z2Z2s一次側(cè)接電源二次側(cè)負(fù)載開路一次側(cè)接電源二次側(cè)接負(fù)載第17頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、變壓器的工作原理變壓器空載運行u~Z2sI0空載電流U1U20此時的變壓器相當(dāng)于交流鐵心線圈變比二次側(cè)額定電壓空載運行的結(jié)論：原幅邊之比等于原幅邊匝數(shù)之比，等于常數(shù)k這就是變壓器的變電壓作用第18頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月u~Z2變壓器任載運行U1I1U2I2兩邊繞組中通過的磁通是相同的只要U1不變，主磁通就不應(yīng)該變，所以有：磁動勢平衡方程式有載時原邊磁動勢分為兩部分1.產(chǎn)生主磁通（勵磁分量）I02.用來補償I2N2（負(fù)載分量I2）,又稱去磁一般I0很小，小型變壓器只有2~3%，大的不過10%，當(dāng)略去I0N1后有：變電流作用任載運行結(jié)論：變電流作用任載后，電壓比是否還等于變比k?變電壓作用還有一個作用是變阻抗幅邊Z2原邊Z1變阻抗作用或第19頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、變壓器的工作原理空載運行結(jié)論：任載運行結(jié)論：變電流作用變電壓作用變阻抗作用或總結(jié)第20頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月變壓器的外特性和額定值2.額定值一般變壓器的額定值在其名牌上給出。額定電壓額定電流額定容量額定頻率一次額定電壓U1N正常時一次繞組所加電壓的有效值。二次額定電壓U2N一次電壓為U1N時，變壓器空載時對應(yīng)二次側(cè)的空載電壓有效值，即U20=U2N一次額定電流I1N一次繞組加額定電壓，正常工作時一次繞組允許長期通過的最大電流有效值。二次額定電流I2N一次繞組加額定電壓，正常工作時二次繞組允許長期通過的最大電流有效值。指二次側(cè)的輸出額定視在功率即：額定頻率50HZ第21頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月三、變壓器的外特性和額定值1.外特性電壓保持不變，變壓器任載后，由于一、二次側(cè)均有電流通過，必然在一次側(cè)、二次側(cè)內(nèi)阻抗上產(chǎn)生電壓降，從而使二次電壓隨負(fù)載電流增加變小。稱曲線為變壓器的外特性。變壓器外特性電壓調(diào)整率滿載時電壓空載電壓一般在5%以內(nèi)第22頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月四、變壓器的損耗和效率變壓器損耗△p分鐵損△pFe和銅損△pCu

1.鐵損是交變的主磁通在鐵心中產(chǎn)生磁滯損耗△ph和渦流損耗△pe之和又稱為固定損耗2.銅損又稱為可變損耗變壓器一次側(cè)、二次側(cè)均有電阻，當(dāng)有電流通過時，產(chǎn)生損耗3.效率一次側(cè)輸入功率p1，二次側(cè)輸出功率p2，效率為η△p=△pFe+△pCu小型變壓器的效率為70~85%，大型變壓器效率可達(dá)98%第23頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3三相電壓器1)三相變壓器的結(jié)構(gòu)三相心式變壓器的結(jié)構(gòu)ABC第24頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3三相電壓器ABCXYZabczyx1)三相變壓器的結(jié)構(gòu)高壓繞組：A-XB-YC-ZX、Y、Z：尾端A、B、C：首端低壓繞組：a-xb-yc-za、b、c：首端x、y、z：尾端2)三相變壓器的聯(lián)結(jié)方式聯(lián)結(jié)方式：高壓繞組接法低壓繞組接法三相配電變壓器動力供電系統(tǒng)（井下照明）高壓、超高壓供電系統(tǒng)常用接法:第25頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）三相變壓器Y/Y0聯(lián)結(jié)線電壓之比：ACBbca+–+–+–+–第26頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）三相變壓器Y0/

聯(lián)結(jié)線電壓之比：ACBabc+–+–+–第27頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第10章結(jié)束課后練習(xí)第28頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第10章習(xí)題解答第29頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月鐵心線圈銜鐵直流電磁鐵通電演示銜鐵的吸合應(yīng)是瞬間完成通電演示鐵心線圈銜鐵第30頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)于磁滯當(dāng)外電場H值作正負(fù)變化使鐵磁材料反復(fù)磁化